Existenz der Kathoden-Elektrolyt-Grenzschicht in Dual-Ionen-Batterien untersucht
Gemeinsame Studie des MEET Batterieforschungszentrums und des Helmholtz-Instituts Münster
Dual-Ionen-Batterien gelten als vielversprechende, nachhaltige Energiespeichersysteme. Aufgrund ihrer hohen Zellspannung verfügen sie über eine adäquate volumetrische Energiedichte. Mit der erhöhten Spannung nimmt jedoch das Risiko für Materialstress zu, insbesondere für die oxidative Zersetzung des Elektrolyten. Modifikation und Design einer geeigneten Schutzschicht zwischen Kathode und Elektrolyt, der Cathode Electrolyte Interphase (CEI), kann laut gängiger Annahmen eine erfolgversprechende Lösungsstrategie sein, Prinzip und Wirkungsweise sind allerdings noch nicht vollends entschlüsselt. Ein Team des MEET Batterieforschungszentrums der Universität Münster und des Helmholtz-Instituts Münster des Forschungszentrums Jülich hat nun systematisch die Existenz einer solchen Grenzschicht auf der Grafitkathode von Dual-Ionen-Batterien untersucht.
Oberfläche der Grafitkathode weist keine Anzeichen einer CEI-Präsenz auf
Kostengünstig und ohne toxische Materialen: Dual-Ionen-Batterien kommen ohne kritische Rohstoffe wie zum Beispiel Nickel oder Kobalt aus, da Grafit auch für die Kathode verwendet wird. „In unserer Studie haben wir festgestellt, dass die Oberflächen dieser Grafitkathoden überraschenderweise keine Anzeichen einer CEI-Präsenz aufweisen“, sagt MEET Wissenschaftler Dr. Lukas Haneke. „Dual-Ionen-Batterien sind somit zwar vielversprechende Hochvoltbatterien, müssen aber noch weiter untersucht und entwickelt werden.“
Dass die Forschung und Entwicklung von Dual-Ionen-Batterien komplex sind, bestätigt auch Dr. Johannes Kasnatscheew, Leiter des Forschungsbereichs Materialien am MEET Batterieforschungszentrum: „Es sind noch viele Fragen offen, zum Beispiel die über die Relevanz und Einfluss theoretisch denkbarer Fehlermechanismen. Auch die genaue Funktion und Bildung der CEI muss noch weiter entschlüsselt werden. Mit unseren Ergebnissen an metallfreien Kathoden haben wir den Weg dafür geebnet. Sie zeigen, dass die CEI-Bildung trotz Elektrolytoxidation nicht immer zwingend erfolgen muss.“
Detaillierte Ergebnisse online verfügbar
Die gesamte Studie haben die Forschenden Dr. Lukas Haneke, Katharina Rudolf, Pranti Sutar, Dr. Tobias Placke und Dr. Johannes Kasnatscheew, MEET Batterieforschungszentrum, Felix Pfeiffer und Dr. Masoud Baghernejad, Helmholtz-Institut Münster sowie Prof. Dr. Martin Winter, MEET Batterieforschungszentrum und Helmholtz-Institut Münster, im Fachmagazin „Advanced Energy and Sustainability Research” veröffentlicht.